用神经网络,帮助圆滚滚们找对象!

国内一支科学家团队,用人工智能介入熊猫的配对繁殖问题。从大熊猫的声音特征入手,分析要进入交配期的大熊猫的叫声特性,通过算法模型,能够自动地预测出大熊猫配对的成功几率,为动物学家们的研究提供帮助。

据最新一次统计显示,截至 2019 年 11 月,全球圈养大熊猫种群数量为 600 只,野生大熊猫只有 1864 只。

大熊猫因为生育率低、存活率低,曾面临濒危的险境。近年通过保护和救治,已经从濒危进入到易危名单。

野外中,雌性大熊猫在四岁成年后,每年发情一次,每次只有短暂的 2-3 天。然而人工饲养的大熊猫,由于长期脱离野外环境,自然发情率本来就低,更别说在短短几天中,找到合适的雄性熊猫与其交配了。

动物园和繁育中心,都希望能通过更好的人工繁育方式,提高大熊猫的生育繁殖率。

一年里只有两三天雌性大熊猫才有心思谈恋爱

近日,来自四川大学,四川省濒危野生动物保护生物学重点实验室,以及四川大熊猫科学院的研究人员,发表了一篇名为《基于音频的大熊猫自动配对成功预测》的论文,为解决这个问题带来了新的思路。

通过声音,确定大熊猫发情状态

根据以往的资料表明,大熊猫在繁殖季节会有特殊的发声行为,这些声音之中,包含了一些重要的信息。比如个体发情的情况,对某异性的好感度等,这些信息会决定最后交配繁衍的成败。

成功和失败的匹配在叫声上有很大的差异存在

该项研究首次尝试了一种基于大熊猫声音的 AI 方法,通过模型来自动预测大熊猫交配成功率。

研究中采用了语音情感识别(SER)技术,使用了深度神经网络来学习熊猫独特的发声特征,并定义和判断出发声的类型,再结合以往的数据,自动预测出两只熊猫交配成功的几率。

模型被称为 CGANet,包含卷积模块、GRU 模块和注意力模块

具体的方法是:给定在繁殖过程中录制的大熊猫交配的音频序列,研究人员先将大熊猫的声音裁剪出小片段,然后对其大小和长度进行归一化。

接下来,从音频片段中提取到的声学特征,输入到深度神经网络中,经过了训练的模型,将预测匹配是成功还是失败。

通过比对结果,就能够得出:两只熊猫交配成功的几率。

用算法提高熊猫生育率

在得到算法模型的预测结果后,大熊猫饲养者可以采取适当的后续行动,以提高整体的生育率,这对智能大熊猫育种带来了数据维度的有力帮助。

模型预测的匹配成功(蓝色)和匹配失败(红色)和实际中的情形相符合

研究人员将此方法,在过去九年的数据集上进行了评估实验,获得了和实际情况相符合的结果。同时证明了基于音频的自动交配成功预测方法,在协助大熊猫繁殖上,具有很大的潜力。

研究的后续将继续扩大熊猫的声音数据内容,进一步验证了该方法的实际有效性。

此外,研究团队还计划扩展该方法的维度,包括探索声音和视觉方面更细粒度的数据信息。

大熊猫:提高中国的「路人缘」

早在 1957 年,中国就将大熊猫「平平」和「碛碛」,按照「国礼」的形式赠送给前苏联政府和人民,开启了大熊猫外交的先河。

1972 年,时任美国总统的尼克松访问中国,开启了中美两国的直接对话,在尼克松返回美国不久,中国就将一对熊猫作为礼物赠送给了美国。

《华盛顿邮报》在当时破天荒地,使用了一连串象声词作为标题进行了报道——「Awwwwwwww,They’reCute 嗷嗷嗷嗷嗷嗷,它们太可爱了!」。

全球圈粉的圆滚滚

截至 2018 年,中国与全球 12 个国家的 14 个动物园,建立了大熊猫长期合作研究关系,共有 40 只中国籍大熊猫生活在海外。憨态可掬的大熊猫,成为了全球的可爱担当,也化身成了中国的「友好大使」。

相比于过去的纯粹观赏,近年通过中国与全球的研究机构,针对大熊猫开展的合作研究也变得越来越多。为了将这份可爱延续下去,保证它们良好的繁衍生育,就成了其中重要的环节。

所以,好好学习神经网络,不仅能帮助大熊猫找到心仪的配偶,说不定还会给自己带来一段良缘呢。

论文地址:https://arxiv.org/pdf/1912.11333v1.pdf

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